Aspectos teóricos

Aspectos teóricos

Al hacer girar una masa describiendo un movimiento circular uniforme, la fuerza aplicada depende del radio de giro y de la velocidad angular. Utilizando la Segunda Ley de Newton, se puede escribir para un cuerpo de masa M:

Fc=Mac

Dado que en este movimiento la fuerza neta está dirigida siempre hacia el centro, se le llama Fuerza centrípeta y, análogamente, a la aceleración se le llama aceleración centrípeta Ac.

El módulo de la aceleración centrípeta se puede escribir:

Ac= ω²r

y como usted sabe, un movimiento periódico es aquel que se repite cada cierto intervalo de tiempo, que llamaremos período:

T=2π/ω

Si se hace girar una masa suspendida de un hilo desde un pivote, como en el diagrama de la figura 1, por efecto del peso de la masa y la tensión del hilo, ésta describe una circunferencia. Si se designa por:

- r el radio de la circunferencia.

- L el largo del hilo que va desde la masa hasta el extremo del pivote.

- ϴ el ángulo que este tramo de hilo forma con la vertical.

- T la tensión del hilo, que para el sistema.

- m es la masa que cuelga en el extremo vertical del hilo.

Entonces, se puede aplicar la segunda ley de Newton para la componente en el plano (horizontal) de revolución de la fuerza:

Fc=Tsenϴ=Mac

=Mω²r

Puesto que

R=Lsenϴ

La ecuación uno se puede reordenar como:

T=MLω²

Materiales

- tubo de vidrio

- tapón de goma

- trozo de hilo (1,5 m)

- un clip

- un gancho de alambre

- golillas

- un cronometro

Montaje

Con el material disponible, arme el sistema que muestra la figura, el clip que se coloca atado al hilo en las parte inferior del tubo, sirve de indicador para mantener constante la longitud del tramo del hilo que va desde el tapón M hasta el borde del tubo. Cambiando el número de golillas colgadas en el gancho se puede controlar con facilidad la tensión del hilo.

Para realizar el experimento sostenga e tubo en posición vertical, moviéndolo un poco circularmente para producir y mantener el movimiento del tapón de goma en una órbita circular horizontal de modo que la velocidad angular sea constante. La velocidad angular se debe ajustar de modo que el clip se mantenga cerca del tubo sin tocarlo.

Tenga presente, antes de iniciar la recolección definitiva de datos, que la velocidad angular del tapón puede variar en un rango amplio sin que el clip se desplace respecto del tubo.

Procedimiento

1- Cuelgue algunas golillas de masa m, sumado a la masa del gancho empleado (m= masa de las golillas + masa del gancho).

2- Mida el largo L efectivo del hilo correspondiente a cada experiencia asociada a la masa m del conjunto de golillas.

3- Haga girar el tapón. Mida con el cronometro el tiempo empleado en 10 revoluciones, tratando de conseguir la máxima velocidad

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